1

1

Białka

Białka

2

2

Co to są białka?

Co to są białka?



Wielkocząsteczkowe biopolimery, a

Wielkocząsteczkowe biopolimery, a

właściwie biologiczne polikondensaty,

właściwie biologiczne polikondensaty,

zbudowane z reszt

zbudowane z reszt

aminokwasów

aminokwasów

połączonych ze sobą wiązaniami

połączonych ze sobą wiązaniami

peptydowymi –CONH-. Występują we

peptydowymi –CONH-. Występują we

wszystkich żywych organizmach oraz

wszystkich żywych organizmach oraz

wirusach. Synteza białek odbywa się

wirusach. Synteza białek odbywa się

w specjalnych organellach

w specjalnych organellach

komórkowych zwanych rybosomami.

komórkowych zwanych rybosomami.

3

3

Aminokwasy

Aminokwasy



Aminokwas – związek organiczny
zawierający grupę aminową i
kwasową (zazwyczaj karboksylową)

Wzór ogólny

Wzór ogólny

Alanina

4

4

Aminokwasy

Aminokwasy

Odmiana strukturalna, w której grupy
karboksylowa, łańcuch boczny i grupa aminowa
rozmieszczone są zgodnie z ruchem wskazówek
zegara nosi nazwę konfiguracji L. Odbicie
lustrzane tej konfiguracji oznaczane jest jako
konfiguracja D.

5

5

Wiązanie peptydowe

Wiązanie peptydowe

6

6

Wiązanie peptydowe

Wiązanie peptydowe

7

7

Synteza i struktura

Synteza i struktura

pierwszorzędowa białek

pierwszorzędowa białek



W żywych komórkach są syntetyzowane przez

W żywych komórkach są syntetyzowane przez

rybosomy, a kolejność aminokwasów w białku,

rybosomy, a kolejność aminokwasów w białku,

zwana sekwencją aminokwasów, zakodowana

zwana sekwencją aminokwasów, zakodowana

jest w DNA. Każde białko różni się od innych

jest w DNA. Każde białko różni się od innych

sekwencją i liczbą aminokwasów. Sekwencja

sekwencją i liczbą aminokwasów. Sekwencja

chemicznie zróżnicowanych łańcuchów

chemicznie zróżnicowanych łańcuchów

bocznych aminokwasów jest więc czynnikiem

bocznych aminokwasów jest więc czynnikiem

decydującym o odmienności białek. Definiuje

decydującym o odmienności białek. Definiuje

ona także szkielet polipeptydowy białka,

ona także szkielet polipeptydowy białka,

wyznaczając tym samym jego

wyznaczając tym samym jego

strukturę

strukturę

pierwszorzędową

pierwszorzędową

.

.

8

8

Zwijanie się białek

Zwijanie się białek



Białka można podzielić na trzy szerokie kategorie:

Białka można podzielić na trzy szerokie kategorie:

włókniste, membranowe i globularne

włókniste, membranowe i globularne

, w

, w

zależności od funkcji i umiejscowienia w

zależności od funkcji i umiejscowienia w

organizmie. Białka włókniste stanowią elementy

organizmie. Białka włókniste stanowią elementy

strukturalne komórki. Białka membranowe tworzą

strukturalne komórki. Białka membranowe tworzą

kanały, przez które odbywa się kontrolowany

kanały, przez które odbywa się kontrolowany

transfer składników np. poprzez błonę komórkową.

transfer składników np. poprzez błonę komórkową.

Białka te funkcjonują zanurzone w dwuwarstwie

Białka te funkcjonują zanurzone w dwuwarstwie

lipidowej i mają tylko częściowy kontakt ze

lipidowej i mają tylko częściowy kontakt ze

środowiskiem wodnym. Dlatego też trudniej jest je

środowiskiem wodnym. Dlatego też trudniej jest je

wyodrębnić oraz wyhodować z roztworów wodnych

wyodrębnić oraz wyhodować z roztworów wodnych

odpowiednio duże kryształy do zbadania ich

odpowiednio duże kryształy do zbadania ich

struktury. Enzymy, które działają jako katalizatory

struktury. Enzymy, które działają jako katalizatory

niemal wszystkich reakcji biochemicznych w

niemal wszystkich reakcji biochemicznych w

komórce są białkami globularnymi. Białka

komórce są białkami globularnymi. Białka

globularne mają zwarty kształt i funkcjonują w

globularne mają zwarty kształt i funkcjonują w

środowisku wodnym

środowisku wodnym

.

.

9

9

Oddziaływania między

Oddziaływania między

aminokwasami w białku

aminokwasami w białku

10

10

Oddziaływania między

Oddziaływania między

aminokwasami w białku

aminokwasami w białku

11

11

Struktura drugorzędowa

Struktura drugorzędowa



W szkielecie wiązań łączących

W szkielecie wiązań łączących

kolejne atomy węgla Cα w

kolejne atomy węgla Cα w

konformacjach natywnych rozpoznać

konformacjach natywnych rozpoznać

można regularne motywy zwane

można regularne motywy zwane

strukturą drugorzędową i złożone ze

strukturą drugorzędową i złożone ze

struktur

struktur

β

β

,

,

α

α

-helis i skrętów

-helis i skrętów

. Są

. Są

one stabilizowane przede

one stabilizowane przede

wszystkim przez wiązania wodorowe.

wszystkim przez wiązania wodorowe.

12

12

Helisa-

Helisa-





13

13

Harmonijka –

Harmonijka –





14

14

Wykres Ramachandrana

Wykres Ramachandrana





15

15

Struktura trzeciorzędowa

Struktura trzeciorzędowa

16

16

Struktura czwartorzędowa

Struktura czwartorzędowa

17

17

Charakterystyczne struktury

Charakterystyczne struktury

białkowe

białkowe



Białka transmembranowe

Białka transmembranowe

18

18

Charakterystyczne struktury

Charakterystyczne struktury

białkowe

białkowe



Palec cynkowy

Palec cynkowy

19

19

Charakterystyczne struktury

Charakterystyczne struktury

białkowe

białkowe



Zamek leucynowy

Zamek leucynowy

20

20

Charakterystyczne struktury

Charakterystyczne struktury

białkowe

białkowe



Kolagen

Kolagen

21

21

Hemoglobina

Hemoglobina

22

22

Bazy danych o białkach

Bazy danych o białkach

Schematyczna
reprezentacja białka
2CI2 uzyskana z Protein
Data Bank.

Dwa rysunki ilustrujące
budowę białka 2CI2. Górny
rysunek przedstawia kształt
szkieletu, a dolny
przedstawia położenia
atomów i schemat
utworzonych wiązań.

23

23

Przewidywanie struktury

Przewidywanie struktury



Zrozumienie i przewidzenie sposobu zwinięcia

Zrozumienie i przewidzenie sposobu zwinięcia

się białka na podstawie sekwencji

się białka na podstawie sekwencji

aminokwasów stanowi jeden z najtrudniejszych

aminokwasów stanowi jeden z najtrudniejszych

i najważniejszych problemów współczesnej

i najważniejszych problemów współczesnej

obliczeniowej biologii molekularnej. Istniejące

obliczeniowej biologii molekularnej. Istniejące

metody przewidywania struktury można

metody przewidywania struktury można

podzielić na dwie klasy. Pierwsza to metody

podzielić na dwie klasy. Pierwsza to metody

oparte na porównywaniu sekwencji o nieznanej

oparte na porównywaniu sekwencji o nieznanej

strukturze z biblioteką wzorców zbudowanych

strukturze z biblioteką wzorców zbudowanych

na podstawie struktur znanych. Druga to

na podstawie struktur znanych. Druga to

metody

metody

ab initio

ab initio

, których celem jest określenie

, których celem jest określenie

struktury natywnej poprzez szukanie

struktury natywnej poprzez szukanie

globalnego minimum energetycznego w

globalnego minimum energetycznego w

przestrzeni konformacyjnej.

przestrzeni konformacyjnej.

24

24

Kolejność zdarzeń w

Kolejność zdarzeń w

zwijaniu i rozciąganiu

zwijaniu i rozciąganiu

białek

białek



W warunkach optymalnych zwijanie się

W warunkach optymalnych zwijanie się

białek polega na optymalnym „składaniu”

białek polega na optymalnym „składaniu”

jego fragmentów. Np.

jego fragmentów. Np.

α

α

-helisa zwija się od

-helisa zwija się od

swych końców do środka. Spinki

swych końców do środka. Spinki

β

β

– dwie

– dwie

antyrównoległe nici

antyrównoległe nici

β

β

połączone skrętem –

połączone skrętem –

zwijają się poczynając od skrętu. Pełne

zwijają się poczynając od skrętu. Pełne

białka najczęściej najpierw budują

białka najczęściej najpierw budują

kontakty krótkozasięgowe, gdzie zasięg

kontakty krótkozasięgowe, gdzie zasięg

mierzony jest wzdłuż szkieletu, a dopiero

mierzony jest wzdłuż szkieletu, a dopiero

na samym końcu spinające kontakty

na samym końcu spinające kontakty

długozasięgowe.

długozasięgowe.

25

25

Inżynieria białkowa

Inżynieria białkowa



Inżynieria białkowa udostępniła nowe

Inżynieria białkowa udostępniła nowe

doświadczalne narzędzie badania kinetyki

doświadczalne narzędzie badania kinetyki

zwijania się białek. Metoda ta polega na

zwijania się białek. Metoda ta polega na

wykonywaniu mutacji, czyli zamianie

wykonywaniu mutacji, czyli zamianie

aminokwasu, w różnych miejscach łańcucha

aminokwasu, w różnych miejscach łańcucha

białkowego i badaniu wpływu takiej zmiany

białkowego i badaniu wpływu takiej zmiany

na stabilność i czasy zwijania się. Najbardziej

na stabilność i czasy zwijania się. Najbardziej

znaną w tej dyscyplinie grupą badawczą jest

znaną w tej dyscyplinie grupą badawczą jest

zespół z Cambridge, którym kieruje Fersht.

zespół z Cambridge, którym kieruje Fersht.

26

26

Techniki badania struktury

Techniki badania struktury

białek

białek



Rentgenowska analiza strukturalna

Rentgenowska analiza strukturalna



NMR

NMR



EPR

EPR



ENDOR

ENDOR



AFM

AFM

27

27

Dziękujemy

Dziękujemy



